Los
glaciares movieron el fósforo de las montañas hasta los océanos. Allí
las bacterias se lo devoraron. Y estas bacterias fueron devoradas por
otras. Finalmente las que prevalecieron tenían formados un núcleo, un
sistema de membranas y unos orgánulos llamados mitocondrias, el estanque
de bencina de las células modernas (las eucariotas = con núcleo).
Nacieron las cadenas tróficas (el intercambio de energía envasada en
diferentes formatos) y las reacciones químicas que liberaban oxígeno, lo
que permitió que la vida prosperara y dominara el planeta. Y todos se
beneficiaron (endosimbiosis) y fueron felices.
Bueno, faltaba encontrar el "fósforo fósil" dejado por estos microorganismos en aquellos tiempos, la evidencia de que este proceso ocurrió alguna vez
Bueno, faltaba encontrar el "fósforo fósil" dejado por estos microorganismos en aquellos tiempos, la evidencia de que este proceso ocurrió alguna vez
Cómo la bola de nieve de la Tierra dio lugar a la vida compleja
A
pivotal step in the evolution of life on Earth was the progression from
unicellular to multicellular organisms, from bacteria to algae in
layman’s terms, from prokaryotes to eukaryotes in scientific parlance.
For scientists eukaryotes are particularly sexy, not least because they
enabled sexual reproduction, the great driver of species specialisation.
But
while scientists have long had very good ideas about how the step
occurred – symbiogenesis – when and why eukaryotes bloomed to become the
dominant productive lifeform in the Earth’s primordial oceans –
creating the preconditions for more complex organisms to evolve – has
remained a very big question. There is a reason, after all, that
bacteria came first: unicellular existence is simpler, efficient and
resilient. Appearing about 1 billion years after the Earth’s formation,
bacterial life monopolised the planet for at least 800 million years and
continued to dominate for several billion more. So what changed to give
algae its time in the sun?
Now research from scientists at the Australian National University published in Nature has
an answer to the when and why, dating the “rise of algae” to 659–645
million years ago. It is a surprisingly narrow interval, falling between
the Earth’s second-last and last great ‘snowball’ glaciation episodes,
when the oceans froze and the planet’s surface was covered in ice up to
several kilometres thick.
RECOMMENDED
As
much as ice-age conditions would seem inhospitable to life, the ANU
research team led by Jochen Brocks and Amber Jarrett suggest the Earth’s
penultimate snowball phase, known as the Sturtian glaciation, set the
scene for the proliferation of algae through the grinding work of
glaciers, which moved mountains into the oceans, pouring into the water a
feast of mineral nutrients – notably phosphorus – that was too much for
bacteria to devour. On the leftovers, in a way, did algae thrive.
The
Sturtian glaciation – the longest in Earth’s history, lasting about 60
million years between 717 million and and 660 millions years ago – is
named after geological evidence unearthed from Sturt River Gorge in
South Australia. This new evidence comes from Australia’s Northern
Territory. The scientists analysed the ancient sedimentary rocks for
molecular evidence of steroid alcohols, or sterols, which only
eukaryotes can produce. They discovered a marked Increased in steroid
diversity and abundance that pointed to a rapid rise of marine
planktonic algae, known as archaeplastida.
“In
these rocks we discovered striking signals of molecular fossils,” says
Jarrett, “We immediately knew we had made a ground-breaking discovery
that snowball Earth was directly involved in the evolution of large and
complex life.”
Biogeochemical
models, the authors write, suggests ocean nutrient were kept low prior
to the Sturtian glaciation by a positive feedback between low phosphate
abundances and low atmospheric oxygen. “Low phosphate curtailed primary
productivity and carbon burial, thereby keeping oxygen levels low. Low
oxygen, in turn, promoted efficient removal of phosphate from aquatic
ecosystems by co-precipitation with iron minerals.”
The
Sturtian glaciation, they suggest, interrupted this positive feedback,
“flipping the system into a new steady state”, with the “weathering” of
glacial sediments, amplified by extreme carbon dioxide levels in the hot
and wet melting stage, delivering an oversupply of nutrients into the
oceans.
Algae
did not, however, conquer the oceans immediately following the end of
the Sturtian. “In the post-snowball greenhouse world, tropical sea
surface temperatures may have reached 50 to 60 °C, which is above the
growth optimum even of extremely thermophilic algae, but well within the
range of cyanobacterial picoplankton. Thus, we propose that
cyanobacteria persisted in the tropics as dominant primary producers,
and algae were only able to radiate once temperatures dropped after
several million years.”
Drawing
on the modelling of modern planktonic ecosystems, the authors suggest
the immediate response to rising phosphate probably saw cyanobacterial
picoplankton densities rise to levels sufficient to sustain
bacterivorous grazers, which then capped cyanobacterial cell numbers so
that accessory nutrients became available for the eventual expansion of
the larger algae.
The
radiation of algae, in turn, would have created a “more efficient
biological pump” to drive up organic carbon and nutrients in the ocean:
“We posit that permanent burial of hydrocarbon-rich algal biomass caused
a step-increase in the sedimentary ratio of organic carbon to
phosphorous, a key parameter ultimately controlling the net release of
oxygen to the atmosphere. Thus, higher nutrient levels, a more efficient
biological pump and the emergence of degradation-resistant algal
biopolymers would have caused permanently increased rates of carbon
burial and oxygen release to the atmosphere.”
Says
Brocks: “These large and nutritious organisms at the base of the food
web provided the burst of energy required for the evolution of complex
ecosystems, where increasingly large and complex animals, including
humans, could thrive on Earth.”
Hace 650 millones de años, los glaciares masivos mueven las montañas al polvo y preparan el escenario para el surgimiento de algas en los océanos de la Tierra.
Un
paso fundamental en la evolución de la vida en la Tierra fue la
progresión de organismos unicelulares a multicelulares, de bacterias a
algas en términos simples, de procariotas a eucariotas en el lenguaje
científico. Para
los científicos, los eucariotas son particularmente atractivos, sobre
todo porque permitieron la reproducción sexual, el gran motor de la
especialización de las especies.
Pero
mientras que los científicos han tenido muy buenas ideas sobre cómo
ocurrió el paso - la simbionogénesis - cuando y por qué los eucariotas
florecieron para convertirse en la forma de vida productiva dominante en
los océanos primordiales de la Tierra - creando las condiciones previas
para que evolucionen organismos más complejos - . Hay
una razón, después de todo, de que las bacterias llegaron primero: la
existencia unicelular es más simple, eficiente y resistente. Apareciendo
cerca de 1.000 millones de años después de la formación de la Tierra,
la vida bacteriana monopolizó al planeta durante al menos 800 millones
de años y siguió dominando por varios miles de millones más. Entonces, ¿qué cambió para dar algas su tiempo en el sol?
Ahora la investigación de científicos de la Universidad Nacional Australiana publicada en Nature tiene una respuesta al cuándo y por qué, fechando el "alza de algas" a 659-645 millones de años atrás. Es
un intervalo sorprendentemente estrecho, que cae entre los episodios de
glaciación de la segunda y última gran bola de nieve de la Tierra,
cuando los océanos se congelaron y la superficie del planeta se cubrió
de hielo hasta varios kilómetros de espesor.
RECOMENDADO
El
equipo de investigación de la ANU, dirigido por Jochen Brocks y Amber
Jarrett, sugiere que la penúltima fase de la bola de nieve de la Tierra,
conocida como glaciación estriada, preparó el escenario para la
proliferación de algas a través del trabajo de molienda de Glaciares,
que trasladaron las montañas a los océanos, vertiendo en el agua una
fiesta de nutrientes minerales - notablemente fósforo - que era
demasiado para las bacterias para devorar. En las sobras, en cierto modo, las algas prosperaron.
La
glaciación de Sturtian - el más largo en la historia de la Tierra,
durando alrededor de 60 millones de años entre 717 millones y hace 660
millones de años - es el nombre de la evidencia geológica desenterrada
de Sturt River Gorge en el sur de Australia. Esta nueva evidencia proviene del Territorio del Norte de Australia. Los
científicos analizaron las antiguas rocas sedimentarias para la
evidencia molecular de los alcoholes esteroides, o esteroles, que sólo
los eucariotas pueden producir. Descubrieron
un marcado aumento de la diversidad y abundancia de esteroides que
apuntaba a un rápido aumento de algas planctónicas marinas, conocidas
como archaeplastida.
"En
estas rocas descubrimos señales sorprendentes de fósiles moleculares",
dice Jarrett, "inmediatamente supimos que habíamos hecho un
descubrimiento innovador de que la bola de nieve de la Tierra estaba
directamente involucrada en la evolución de la vida grande y compleja".
Modelos
biogeoquímicos, los autores escriben, sugiere nutrientes del océano se
mantuvieron bajos antes de la glaciación de Sturtian por una
retroalimentación positiva entre las bajas abundancias de fosfato y bajo
el oxígeno atmosférico. "El fosfato redujo la productividad primaria y el enterramiento de carbono, manteniendo así los niveles de oxígeno bajos. El
bajo nivel de oxígeno, a su vez, promovió la remoción eficiente del
fosfato de los ecosistemas acuáticos mediante coprecipitación con
minerales de hierro ".
La
glaciación sturtiana, sugieren, interrumpió esta retroalimentación
positiva, "volcando el sistema en un nuevo estado estacionario", con el
"desgaste" de los sedimentos glaciales, amplificado por los niveles
extremos de dióxido de carbono en la fase de fusión en caliente y
húmedo, proporcionando un exceso de suministro de Nutrientes en los
océanos.
Sin embargo, las algas no conquistaron los océanos inmediatamente después del final del Sturtian. "En
el mundo del invernadero después de la bola de nieve, las temperaturas
de la superficie del mar tropical pueden haber alcanzado los 50 a 60 °
C, que está por encima del óptimo de crecimiento incluso de las algas
extremadamente termófilas, pero muy dentro del rango de picoplancton
cianobacteriano. Por
lo tanto, proponemos que las cianobacterias persisten en los trópicos
como productores primarios dominantes, y las algas sólo fueron capaces
de irradiar una vez que las temperaturas cayeron después de varios
millones de años ".
Basándose
en el modelado de los ecosistemas planctónicos modernos, los autores
sugieren que la respuesta inmediata al aumento del fosfato probablemente
hizo que las densidades de picoplancton de cianobacterias aumentaran a
niveles suficientes para mantener a los herbívoros herbívoros, lo que
limitó el número de células cianobacterianas. Algas más grandes.
La
radiación de las algas, a su vez, habría creado una "bomba biológica
más eficiente" para impulsar el carbono orgánico y los nutrientes en el
océano: "Pusimos que el entierro permanente de la biomasa de algas rico
en hidrocarburos causó un incremento de la proporción sedimentaria De
carbono orgánico a fósforo, un parámetro clave que controla en última
instancia la liberación neta de oxígeno a la atmósfera. Por
lo tanto, niveles de nutrientes más altos, una bomba biológica más
eficiente y la aparición de biopolímeros de algas resistentes a la
degradación habrían causado tasas permanentemente incrementadas de
enterramiento de carbono y liberación de oxígeno a la atmósfera ".
Brocks:
"Estos organismos grandes y nutritivos en la base de la red alimentaria
proporcionaron la explosión de energía necesaria para la evolución de
ecosistemas complejos, donde animales cada vez más grandes y complejos,
incluyendo humanos, podrían prosperar en la Tierra".
https://cosmosmagazine.com/geoscience/how-snowball-earth-gave-rise-to-complex-life
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